¿El video reciente de Veritasium sobre circuitos viola la velocidad de la luz?

Question

Un video reciente de Veritasium discute el siguiente circuito:

,_____|L|_____,    _
|             |    | 1m
\_____|B|_/ __/    -

|-------------|
  1 año luz

L = Bombilla
B = Batería

Su afirmación es que cuando se cierra el interruptor, la bombilla tarda $\sim1/c$ segundos en encenderse (ya que la luz se enciende por el campo magnético cuyo origen está a solo $1$ m de distancia de la bombilla). Mi pregunta es, ¿acaso eso no viola la transferencia de información a la velocidad de la luz? Si cierras el circuito, la bombilla se encendería, pero si mueves el interruptor para que esté a una distancia igual de la fuente de luz y de la batería, entonces presumiblemente podrías transferir información (interruptor abierto vs. cerrado) a los puntos L/B a una velocidad mayor que la de la luz. ¿Qué es lo que no estoy entendiendo?

Answer 1

Permíteme intentar responder esto sin hacer referencia a los detalles reales del electromagnetismo. Cuando tienes que preocuparte por la velocidad finita de propagación de la información en el sistema (en este caso, la velocidad finita de la luz), siempre mides retrasos en el tiempo debido a una perturbación desde el punto de perturbación. Aquí, la perturbación en el sistema (circuito) es el cierre del interruptor. La ubicación de la batería es realmente una distracción.

Por lo tanto, si el interruptor está cerca de la batería (1 m de la bombilla) entonces el tiempo para encenderse es de $1/c$ m como se anunció. Si el interruptor está lejos, entonces los campos electromagnéticos se generan desde el interruptor cerrado y tardan más en propagarse hacia la bombilla/batería. ¡Así que la causalidad está intacta! :)

Answer 2

Espero que esta respuesta no sea pasada por alto o tomada como ingenua. Me entristecería si es votada negativamente sin comentarios.

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Hay dos formas de ver por qué la respuesta en el video es incorrecta,

• Desde el punto de vista causal, si la bombilla se enciende después de $1/c$ segundos entonces, todo lo que importa para la bombilla en el maldito universo (imagina que eres la bombilla) es una batería con un interruptor (encendido) al lado para ser detectado en un radio de $1$ m. No importa si los cables están conectados a esta bombilla o a otra bombilla. Esa implicación es absurda ya que si esperamos lo suficiente, en caso de que esté conectado a otra bombilla, esa otra sería la que se encendería no la primera.

• Desde el punto de vista de los campos, lleva tiempo para que los campos tomen la forma del estado estable en el que el vector de poynting converge en la bombilla, y por supuesto esto no sucede antes de que todas las partes del circuito hayan interactuado entre sí por un tiempo. Y por supuesto, considerándote de nuevo la bombilla, te dirá que, para la configuración en el video, eres la primera parte en el otro lado del circuito que recibe la señal y sea cual sea la forma del campo no será con campo de poynting convergiendo en la bombilla; ¿por qué convergería en la bombilla y no en cualquier otro punto (en una bola de radio $1$ m, alrededor de la batería) si nada hubiera tenido tiempo (dentro de $1/c$ segundos) para enviar luz de vuelta a la batería transmitiendo la información de que ahí es donde debería converger? eso solo sucede después de que todas las partes hayan interactuado entre sí, es decir, después de suficiente tiempo.

Answer 3

Me gusta la simplificación de sacar 1/2 del circuito. Otra simplificación es sacar la carga reemplazándola con un cable. Ahora supongamos que damos un rango de comportamiento para C desconocido y L desconocido y basado en este fr desconocido = 12π√LC Donde: fr = frecuencia de resonancia (Hz) L = inductancia del circuito (H) C = capacitancia del circuito (F) V es desconocido pero batería así que DC

Este es un circuito de tanque cuando la carga es reemplazada con un cable. R = 0 así que el circuito de tanque va a oscilar al comienzo de cualquier corriente. El tanque mantendrá la carga de rampa hacia un DC almacenando inicialmente en el campo magnético punto completo corriente colapsa el campo hacia el capacitor. Esto va de ida y vuelta donde la energía se transfiere de flujo a carga y flujo y carga... Porque tenemos un circuito perfecto y resistencia cero. El punto de experimento es decir que el flujo transfiere energía. Cierto, pero falso en cómo. El pozo de DC se toma su tiempo y se mueve como lo hace el voltaje en un cable. Así que tienes la oscilación de CA montada en la tensión de DC creciente. Sin carga es la simplificación. Esto se llama corriente de Norton. Fuente de corriente simplificada y la carga con desconocidos disparan la energía de ida y vuelta. Así que depende puede haber solo un fallo y puede haber un pequeño segundo fallo. Y una carga pequeña con corriente grande puede tener una larga tensión de CA resonante que el DC se establece después de un tiempo de 1 segundo. La CA no dura mucho ya que se consume rápidamente si se aplica una carga a una bombilla.